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Conceitos Básicos de Magnetismo

No artigo anterior apresentamos o magnetismo, explicando suas origens e principais aplicações tecnológicas. Agora vamos explicar diversos conceitos básicos de magnetismo que serão muito importantes para o entendimento posterior de suas aplicações, incluindo a construção de dispositivos e circuitos eletro-eletrônicos.

O que será abordado neste artigo:

• O que é Campo Magnético
• O que são Pólos Magnéticos
• O que são as Linhas de Campo Magnéticas
• Definição de Fluxo Magnético
• O que é a Densidade de Fluxo Magnético
• O que é Permeabilidade Magnética
• Conceito de Relutância Magnética
• Ponto de Saturação Magnética
• O que é Coercividade
• A Temperatura ou Ponto Curie
• O que são Domínios Magnéticos
• Definindo a Retentividade Magnética
• O que é Susceptibilidade Magnética

Campo Magnético

Em física, damos o nome de Campo a um espaço no qual é possível perceber-se um determinado fenômeno, como o magnetismo ou a gravidade.

As forças de atração (forças magnéticas) de um ímã atuam ao redor deles, e o espaço de atuação dessas forças é denominado Campo Magnético. Assim, damos o nome de campo magnético ao valor físico usado para representar a força magnética. Uma substância magnética cria um campo magnético no espaço ao seu redor e esse campo exerce força em um material magnético que esteja posicionado dentro desse campo.

Tecnicamente, podemos definir o campo magnético como uma força magnética em um fio condutor atravessado por uma corrente elétrica por unidade de corrente e por unidade de comprimento, quando a corrente é perpendicular ao campo magnético. Simbolizamos o campo magnético pela letra H, e sua unidade de medida é o Tesla (T), que equivale a um N/A.m (Newton por Ampère-Metro).

Representamos o campo magnético por meio de linhas de força, ou linhas de campo magnético.

Portanto, o Campo Magnético é, em poucas palavras, a região ao redor de um ímã onde uma carga em movimento sofre uma força. É criado a partir das linhas de força magnéticas que se formam ao redor do ímã.

As linhas de força magnéticas nunca se cruzam, sendo sempre paralelas entre si. Além disso, elas se repelem mutuamente quando paralelas e na mesma direção.

O campo magnético também é conhecido como:

• Intensidade do Campo Magnético
• Força do Campo Magnético
• Campo Magnetizante.

Pólos Magnéticos

Em um ímã há dois pontos onde a força do campo magnético é maior. Esses locais são chamados de pólos magnéticos, e são identificados como Pólo Norte e Pólo Sul. Se um ímã for deixado livre para girar sobre seu eixo, um de seus pólos irá apontar para o Pólo Norte terrestre (mais precisamente, Pólo Norte Magnético). Isso ocorre porque a Terra se comporta como um ímã gigante, possuindo seu próprio magnetismo, alinhado ao longo do eixo dos pólos norte e sul.

Pólos similares se repelem, ao passo que pólos diferentes se atraem. Se um ímã for cortado ao meio, cada metade terá seus próprios pólos norte e sul, pois é impossível separar os pólos magnéticos; assim todo ímã é um dipolo, e não existem monopolos magnéticos (mas monopolos elétricos existem – as cargas elétricas em si).

Linhas de Campo Magnético

Em 1840 o físico inglês Michael Faraday visualizou o campo magnético como sendo uma zona ocupada por uma infinidade de linhas de força. Cada linha de força representa um laço de energia magnética, que possui um sentido definido: parte do pólo norte do ímã, atravessa o espaço de influência do campo magnético e chega ao pólo sul do ímã, atravessando o interior do ímã e voltando ao pólo norte.

As linhas magnéticas não se cruzam entre si, sendo sempre paralelas. O conjunto de linhas de força recebe o nome de Fluxo Magnético. Quanto mais linhas de força um campo magnético tiver, mais forte será.

Resumindo, as linhas de campo magnéticas formam sempre um loop completo.

As linhas de campo magnético sempre seguem de N para S.

Fluxo Magnético

O Fluxo Magnético indica a quantidade (número) das linhas magnéticas produzidas por um ímã. A direção das linhas magnéticas segue de norte para sul (fora do ímã) e de sul para norte (dentro do ímã), formando, assim, um loop fechado.

O fluxo magnético Φ é medido em Weber (Wb), e pode ser calculado com a seguinte fórmula:

Φ = B.A

Onde B é a Densidade do Fluxo Magnético e A é a área do campo magnético

Um Weber equivale a 10⁸ linhas de força, o que equivale a 1 Maxwell. O Maxwell é a unidade de fluxo magnético no sistema CGS.

Densidade de Fluxo Magnético

A Densidade de Fluxo Magnético, simbolizada por B, se refere ao número de linhas de fluxo magnéticas que atravessam um determinado ponto em uma superfície.

Quanto maior a densidade de fluxo, mais forte será o ímã, pois haverá mais linhas de força magnéticas em uma determinada área..

Medida em Tesla (T) no SI, que equivale a um Weber por metro quadrado (Wb/m²). No sistema CGS sua unidade é o Gauss (G), que equivale a 1/10000 T (1 T = 10000 G)

Permeabilidade magnética

A permeabilidade magnética é a facilidade com a qual as linhas de força magnética atravessam um material. O ar é o material-base que usamos para medir a permeabilidade, em comparação com outros materiais. Assim, materiais ferromagnéticos possuem alta permeabilidade magnética.

A permeabilidade μ é a razão entre a densidade de fluxo B e a intensidade do campo magnético H, ou seja:

μ = B/H

A permeabilidade do ar, tomada como padrão para comparações, é igual a 1,26 x 10^-6.

Relutância Magnética

A relutância é o efeito oposto da permeabilidade magnética, ou seja, a resistência ou oposição de um material à passagem das linhas de força magnéticas, quando inserido em um campo. Materiais que deixam as linhas de força passar com facilidade possuem baixa relutância (como o ferro).
Já o ar possui uma relutância magnética maior que a do ferro, e portanto uma permeabilidade menor.

Ponto de Saturação

Estado de magnetismo além do qual um eletroímã é incapaz de ter mais força magnética. Os ímãs atômicos nos domínios não podem ser mais magnetizados, pois já se encontram totalmente alinhados e não é possível obter mais densidade de fluxo.

O ponto de saturação pode ser indicado em uma Curva de Magnetização BH, como segue:

Coercividade

Também conhecida como Coercividade Magnética ou Força Coerciva, trata-se da medida da habilidade que um material ferromagnético possui de suportar um campo magnético externo sem se desmagnetizar. É a intensidade requerida de um campo magnético aplicado que consegue reduzir a magnetização de um material ferromagnético a zero. Portanto, a coercividade mede a resistência de um material ferromagnético à desmagnetização.

Símbolo da coercividade magnética: H_c
Unidade de medida: A/m (ampère por metro) ou ainda Oersted (sistema CGS)

Materiais com alta coercividade são chamados de materiais magneticamente duros (hard), e são amplamente empregados na fabricação de ímãs permanentes. Já os materiais com baixa coercividade são chamados de “soft”, sendo comumente empregados em eletrônica, como os núcleos usados na fabricação de componentes como transformadores, bobinas, cabeças de gravação, etc.

Por exemplo, um ímã de neodímio possui coercividade que varia entre 800 e 950 kA/m, ao passo que o ferro puro possui coercividade de apenas 0,16 kA/m.

Temperatura Curie

A temperatura Curie, ou ponto Curie, é uma temperatura de transição a partir da qual um material perde suas propriedades magnéticas. No geral, um ímã deve ser empregado apenas em temperaturas significantemente mais baixas do que seu ponto Curie, que varia de material para material.

Por exemplo, a temperatura Curie de uma ferrite comum é de cerca de 450°C, ao passo que o ponto Curie do elemento Gadolínio (Gd) é de apenas 20°C.

Domínios

Domínios são áreas dentro de um material que possuem a mesma orientação magnética. Nestas regiões, os momentos atômicos dos átomos estão alinhados, porém um material pode possuir inúmeros domínios desalinhados entre si, cancelando-se uns aos outros, o que resulta em um material sem propriedades magnéticas aparentes.

Alguns materiais permitem que seus domínios magnéticos se alinhem entre si, podendo ser rotacionados e manipulados por um campo magnético externo, criando assim um objeto com seu próprio campo magnético – um ímã.

Retentividade

Um material submetido a um campo magnético pode manter o magnetismo após a retirada do campo. Chamamos a essa característica de Retentividade, a qual depende do material em si, e que pode se apresentar em graus variados.

Materiais com alto grau de retentividade são empregados na fabricação de ímãs permanentes. Já materiais de baixa retentividade, que perdem o magnetismo rapidamente, podem ser usados na fabricação de elementos como núcleos de relés, solenoides e transformadores, entre outros componentes.

Susceptibilidade Magnética

Capacidade de um material em se magnetizar quando submetido à ação de um campo magnético.

Os diversos materiais respondem de formas diferentes ao serem inseridos em um campo magnético. Alguns se opõem à presença do campo, como os materiais diamagnéticos, e outros respondem a favor do campo, de forma fraca, como os materiais paramagnéticos. Há também alguns materiais que respondem de forma intensa à força do campo magnético, como os materiais ferromagnéticos.

A susceptibilidade magnética de um material é denotada por χ_m, sem unidade de medida (adimensional). Quando seu valor é positivo, o material é paramagnético; quando é negativo, o material é diamagnético.

Como exemplo, temos a seguir os valores de susceptibilidade magnética de alguns materiais:

• Bismuto: -1,6 × 10^-4
• Oxigênio: +1,9 × 10^-6
• Gadolínio: +4,8 × 10^-1

Referências

Gebreselasie, D. Electricity, Magnetism, Optics and Modern Physics 1ª Edição 2015 Ed. Bookboon

Crowell, B. Electricity and Magnetism 2ª Edição 2002 Ed. Light and Matter

Buschow, K.H.J.; De Boer, F.R. Physics of Magnetism and Magnetic Materials 1ª Edição 2004 Ed. Kluwer Academic Publishers

No próximo artigo vamos conhecer os tipos de magnetismo e suas aplicações.

Próximo: Tipos de Magnetismo